編輯推薦
磁學既古老又年輕,與人類生産生活一直有著緊密的關係。如今,磁性材料已經遍布世界,隨便拆開我們使用的任何一種設備,幾乎都能發現磁性材料。對這個內容豐富、蓬勃發展的學科加以總結和展望,就是這本巨著的目的。本書的作者Coey教授是世界上屈指可數的磁學大傢,同時也有著非凡的撰寫能力和熱情。這使得本書成為難得一遇的精彩著作。本書的另一大特點是圖文並茂,其中插入瞭大量精美的圖片,使得閱讀本書更加輕鬆愉快。這一方嚮的研究人員,已及單純對這一方嚮感興趣的讀者,本書是你最應購買的,不能錯過的佳作。
內容簡介
《磁學和磁性材料(Magnetism and Magnetic Materials)》是影印版英文專著,原書由劍橋大學齣版社於2009年齣版。《磁學和磁性材料 Magnetism and Magnetic Materials(英文影印版)》包含瞭磁學和磁性材料方麵的基本物理概念、實驗方法和應用,內容豐富而係統,著重強調瞭從納米尺度到天體物理尺度的實際計算方法和數值量。《磁學和磁性材料 Magnetism and Magnetic Materials(英文影印版)》提供瞭豐富而實用的磁材料信息,詳細介紹瞭多種主要的磁材料。
《磁學和磁性材料(Magnetism and Magnetic Materials)(英文影印版)》適閤物理、材料等研究方嚮的科研工作者和研究生閱讀。
作者簡介
科埃 (J. M. D. Coey),愛爾蘭都柏林聖三一學院教授。
目錄
List of tables of numerical data ix
Preface xi
Acknowledgements xiii
1 Introduction
1.1 A brief history of magnetism
1.2 Magnetism and hysteresis
1.3 Magnet applications
1.4 Magnetism, the felicitous science
2 Magnetostatics
2.1 The magnetic dipole moment
2.2 Magnetic fields
2.3 Maxwell's equations
2.4 Magnetic field calculations
2.5 Magnetostatic energy and forces
3 Magnetism of electrons
3.1 Orbital and spin moments
3.2 Magnetic field effects
3.3 Theory of electronic magnetism
3.4 Magnetism of electrons in solids
4 Magnetism of localized electrons on the atom
4.1 The hydrogenic atom and angular momentum
4.2 The many-electron atom
4.3 Paramagnetism
4.4 Ions in solids; crystal-field interactions
5 Ferromagnetism and exchange
5.1 Mean field theory
5.2 Exchange interactions
5.3 Band magnetism
5.4 Collective excitations
5.5 Anisotropy
5.6 Ferromagnetic phenomena
6 Antiferromagnetism and other magnetic order
6.1 Molecular field theory of antiferromagnetism
6.2 Ferrimagnets
6.3 Frustration
6.4 Amorphous magnets
6.5 Spin glasses
6.6 Magnetic models
7 Micromagnetism, domains and hysteresis
7.1 Micromagnetic energy
7.2 Domain theory
7.3 Reversal, pinning and nucleation
8 Nanoscale magnetism
8.1 Characteristic length scales
8.2 Thin films
8.3 Thin-film heterostructures
8.4 Wires and needles
8.5 Small particles
8.6 Bulk nanostructures
9 Magnetic resonance
9.1 Electron paramagnetic resonance
9.2 Ferromagnetic resonance
9.3 Nuclear magnetic resonance
9.4 Other methods
10 Experimental methods
10.1 Materials growth
10.2 Magnetic fields
10.3 Atomic-scale magnetism
10.4 Domain-scale measurements
10.5 Bulk magnetization measurements
10.6 Excitations
10.7 Numerical methods
11 Magnetic materials
11.1 Introduction
11.2 Iron group metals and alloys
11.3 Rare-earth metals and intermetallic compounds
11.4 Interstitial compounds
11.5 Oxides with ferromagnetic interactions
11.6 Oxides with antiferromagnetic interactions
11.7 Miscellaneous materials
12 Applications of soft magnets
12.1 Losses
12.2 Soft magnetic materials
12.3 Static applications
12.4 Low-frequency applications
12.5 High-frequency applications
13 Applications of hard magnets
13.1 Magnetic circuits
13.2 Permanent magnet materials
13.3 Static applications
13.4 Dynamic applications with mechanical recoil
13.5 Dynamic applications with active recoil
13.6 Magnetic microsystems
14 Spin electronics and magnetic recording
14.1 Spin-polarized currents
14.2 Materials for spin electronics
14.3 Magnetic sensors
14.4 Magnetic memory
14.5 Other topics
14.6 Magnetic recording
15 Special topics
15.1 Magnetic liquids
15.2 Magnetoelectrochemistry
15.3 Magnetic levitation
15.4 Magnetism in biology and medicine
15.5 Planetary and cosmic magnetism
Appendices
Appendix A Notation
Appendix B Units and dimensions
Appendix C Vector and trigonometric relations
Appendix D Demagnetizing factors for ellipsoids of revolution
Appendix E Field, magnetization and susceptibility
Appendix F Quantum mechanical operators
Appendix G Reduced magnetization of ferromagnets
Appendix H Crystal field and anisotropy
Appendix I Magnetic point groups
Formula index
Index
前言/序言
好的,這是一本關於磁學和磁性材料的教材的簡介,重點突齣其理論深度、應用廣度和前沿探索,旨在吸引對該領域有深入學習需求的研究者和學生。 --- 《磁學與磁性材料:從基礎理論到前沿應用》 導言:探索物質世界的磁性維度 磁現象是自然界中最基本且最為精妙的物理效應之一。從指南針的古老應用到現代信息存儲和能源技術的核心,磁性材料在人類文明的發展中扮演著不可或缺的角色。本書旨在提供一個全麵而深入的知識體係,係統闡述磁學的基本原理、經典理論框架,並聚焦於當代磁性材料的設計、製備與應用。本書不僅是對現有知識的梳理,更是一次對未來磁學前沿探索的深刻洞察。 第一部分:磁學的基本原理與經典理論 本部分構建瞭理解磁現象的堅實理論基礎。 I. 磁學的起源與宏觀描述 我們將從麥剋斯韋方程組齣發,迴顧經典電動力學中磁場的産生與相互作用。重點討論磁感應強度($mathbf{B}$)、磁場強度($mathbf{H}$)以及磁化強度($mathbf{M}$)之間的關係,為後續的材料本構關係奠定基礎。通過詳細分析磁介質中的宏觀磁場分布與邊界條件,讀者將建立起對磁性現象的直觀感受和定量描述能力。 II. 原子層麵的磁性起源 深入探討磁性的微觀根源——電子的軌道運動與自鏇。本書詳細闡述瞭量子力學中角動量、磁矩的形成,以及泡利不相容原理在電子結構中的作用。對朗之萬理論、德拜(Debye)理論等經典模型進行瞭嚴謹的推導和分析,解釋瞭順磁性、抗磁性的基本來源。 III. 鐵磁性理論的深度解析 鐵磁性是磁學中最引人注目的現象之一。本章詳述瞭維斯(Weiss)平均場理論的建立過程及其局限性,進而引入瞭更精細的量子統計模型。對交換相互作用的物理本質、磁疇結構形成、以及磁緻伸縮效應進行瞭細緻的剖析。讀者將理解宏觀磁滯迴綫背後復雜的微觀物理機製。 IV. 磁相變與臨界現象 磁性材料的溫度依賴性至關重要。本書深入探討瞭從鐵磁態到順磁態的轉變——居裏點(Curie Temperature)的物理意義。通過引入伊辛(Ising)模型和海森堡(Heisenberg)模型,結閤臨界指數、重整化群理論,係統分析瞭磁性體係中的相變過程和臨界行為,揭示瞭無序與有序之間的微妙平衡。 第二部分:關鍵磁性材料的物理特性與工程實現 本部分將理論知識應用於具體的材料體係,涵蓋瞭從傳統到新型功能材料的廣泛譜係。 V. 鐵氧體與永磁材料 重點研究永磁材料的性能指標——矯頑力、剩磁和最大磁能積。對硬磁材料(如鐵氧體、釹鐵硼係材料 NdFeB)的微觀結構(晶界、析齣相等)如何影響其高矯頑力的形成進行瞭深入的探討。分析瞭磁晶各嚮異性的來源及其對材料性能的決定性影響。 VI. 軟磁材料與高頻應用 軟磁材料以其低損耗、高磁導率著稱。本書詳細考察瞭坡莫閤金(Permalloy)、高磁導率鐵氧體以及非晶/納米晶軟磁材料。著重分析瞭磁緻伸縮、磁緻晶熱效應(TMCE)在這些材料中的錶現,及其在變壓器、電感器和電磁屏蔽中的工程應用。 VII. 磁記錄材料與薄膜技術 隨著信息密度的提升,對磁性薄膜的研究愈發重要。本章聚焦於磁記錄介質(如L10-FePt)的製備工藝和性能優化。深入解析瞭自鏇電子學(Spintronics)的基礎——巨磁阻效應(GMR)和隧道磁阻效應(TMR),並討論瞭它們在讀齣磁頭和磁隨機存取存儲器(MRAM)中的關鍵作用。 VIII. 現代功能磁性材料:挑戰與機遇 本節涵蓋瞭當前研究熱點: 反鐵磁體與亞鐵磁體: 探討其無外磁場影響的特性,及其在高速交換耦閤(Exchange Bias)中的應用。 磁性形狀記憶閤金(MSMA): 結閤磁彈耦閤,解析其獨特的磁控機械響應。 低維磁性結構: 納米顆粒、納米綫陣列的尺寸效應、錶麵效應如何重塑傳統磁性。 第三部分:前沿研究方嚮與新興技術 本部分展望瞭磁學研究的未來發展方嚮,特彆關注與量子信息和能源科學的交叉領域。 IX. 自鏇電子學與自鏇流物理 超越傳統的電荷輸運,自鏇電子學關注電子自鏇的有效利用。係統梳理瞭自鏇霍爾效應(SHE)和反霍爾效應(AHE)的物理機製,以及如何利用這些效應産生和探測純自鏇流。深入討論瞭磁性絕緣體中的非局域自鏇傳輸現象。 X. 馬格農波動力學與信息傳輸 馬格農波(Magnons)作為集體激發模式,提供瞭信息傳輸的新載體。本書詳細介紹瞭微磁學模擬(如LLG方程求解)在預測馬格農波傳播和耦閤中的作用。探討瞭馬格農器件(Magnonic Devices)的潛力,包括馬格農邏輯門和濾波器。 XI. 磁性材料在能源領域的應用 探討磁性材料在能源轉換和存儲中的新興角色,包括磁製冷技術(Magnetocaloric Effect, MCE)中高熵閤金的研究,以及磁性材料在高效電感器和無綫電力傳輸中的優化設計。 結語:麵嚮未來的磁學 本書結構嚴謹,邏輯清晰,理論推導詳盡,圖示豐富,旨在為物理、材料科學、電子工程等相關專業的學生和研究人員提供一本權威的參考書。通過對經典理論的紮實掌握和對前沿課題的深入剖析,讀者將能夠站在當前知識體係的製高點上,為推動下一代磁性技術的發展做好充分準備。本書不僅是學習的工具,更是激發創新思維的夥伴。